为分析我国未来拟发展的高轨静止卫星毫米波大气辐射特征, 选择最佳模拟其毫米波辐射的光谱吸收线库方案, 选取了三种基于典型光谱吸收线库逐线吸收模型（毫米波传播模型(MPM)、 罗氏模型(ROS)和高分辨率分子吸收传输模型(HITRAN)）, 针对拟新增的静止轨道毫米波探测频率424 GHz, 分析了三种大气吸收模型模拟该频率大气吸收系数随大气温度、 大气压强和大气湿度的变化差异。 构建了一种多层毫米波辐射传输模型, 利用上海探空站加密观测数据, 模拟风云三号B星微波湿度探测仪(FY3B/MWHS) 183.31 GHz三个毫米波通道辐射值, 并与真实观测值对比, 分析三种光谱吸收线库在模拟海陆边界地区毫米波辐射时的性能差异。 分析结果表明, 对于424 GHz通道三种大气吸收模型对大气温度、 大气压强和大气湿度的敏感变化趋势一致, 数值上MPM模型与ROS模型更接近, HITRAN模型要显著低于其他模型。 对于183.31 GHz, 在海陆交界地区MPM模型模拟误差相比ROS和HITRAN模型最小, 所有模型的第五通道模拟误差比第三通道和第四通道要小。

为实现激光在二维平面内高效、均匀烧蚀污渍、清洗靶材,更改激光逐行烧蚀扫描模式,设计了一种激光螺旋式填充路径,控制振镜电机偏转激光使其在平面内的烧蚀呈网状分布。结果表明:对于清洗区域内的任一点,相比于逐行烧蚀,螺旋烧蚀过程中该点区域获得冷却时间,激光热积累效应变弱。逐行扫描速度为单个振镜电机速度,螺旋扫描速度为两电机速度的矢量和。因此,相比于逐行扫描方式,激光螺旋式清洗的效果更加均匀,效率更高。

风云三号D星(FY-3D)于2017年11月15日成功发射, 搭载了国内第一颗自主研制的极轨红外高光谱大气探测仪(High-spectral Resolution Infrared Atmospheric Sounder, HIRAS), 数据将在数值天气预报、大气温/湿廓线反演、大气成分探测等方面得到广泛应用。为满足高精度的探测能力需求, HIRAS的光谱分辨率达到0.625 cm-1, 辐射定标精度要求达到1.0 K, 光谱定标精度要求达到10×10-6, 均为目前国内星载红外仪器最高精度指标。由于光谱频率的精确性会直接影响辐射精度, 红外干涉仪器在数据应用之前必须进行光谱定标精度的精确评估和监测。以晴空视场下的高精度逐线辐射传输模拟光谱作为参考基准, 利用互相关法计算光谱频率偏差, 对发射后的HIRAS在轨数据的光谱定标精度进行了全面评估和验证研究。HIRAS在长波、中波1和中波2的光谱精度达到3×10-6, 其中长波和中波1光谱偏差标准差小于2×10-6, 远优于仪器设计指标要求; 长期的光谱精度稳定性显示HIRAS中波1和中波2的光谱定标精度较稳定, 在半年时间内频率变化小于5×10-6, 长波波段在半年的时间内有往负频率偏差变化的趋势, 变化量约为7×10-6, 需要进行持续监测。HIRAS在轨光谱精度可满足后端产品反演和同化用户的使用需求。

设计一个有效的连续自由曲面，将给定的准直激光光束映射成任意模式的目标照明，仍然是一个具有挑战性的问题。提出一种基于光线映射来构造连续自由曲面的方法，通过计算光源与目标区域两者辐照度分布之间的光线映射关系，构造出光滑连续的自由曲面。对于准直输入光束，采用最优运输法计算光源与目标之间的光线映射; 根据折反射定律和可积条件，推导出用于求解可积映射关系和连续自由曲面的一般条件; 证明在小角度近似的情况下，基于最优运输法得到的光线映射关系可以满足可积条件; 通过逐线积分法求解出满足一定边界条件的线性平流方程，从而完成连续自由曲面的构造。实验表明，利用逐线积分法求解标准积分方程构造出的连续自由曲面能实现任意模式的目标照明，能量利用率达98.95%。结果表明，基于最优运输法得到的光线映射关系在自由曲面和目标平面之间的距离较大时近似可积，提供了一种有效的构造连续自由曲面的方法。

利用逐线积分方法，建立了一种均匀大气中氧气 A吸收带平均透过率快速计算模型。模型采用等波数间隔取样，能根据大气温度和压强自动选择谱线线形，并利用直和模型进行快速近似计算 Voigt线形函数。在不同大气模式下设置不同传输路径，利用该模型计算氧气 A带平均透过率与路径长度关系曲线，并将计算结果与 Modtran软件计算结果进行对比。从对比结果可知，不同路径下模型计算的平均氧气透过率最大相对误差均小于 2%，计算时间均小于 1s，具有较高的准确度和计算实时性。计算结果表明该模型能够在均匀大气中对氧气 A带平均透过率进行快速准确计算。

利用800 nm飞秒激光在未经载氢处理的HI1060光纤中制作了长周期光纤光栅(LPFG)。采用逐线刻写方式实现了谐振波长为1 548.4 nm的LPFG, 谐振强度为12 dB, 栅区长度小于4 mm。使用不同折射率的氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液分别对LPFG的折射率特性进行了测试和研究。实验中随着三种溶液折射率增加, LPFG的谐振波长发生红移, 该LPFG在氯化钠溶液、蔗糖溶液和酒精溶液中的折射率灵敏度分别为175.34、175.31和331.89 nm/RIU。实验结果表明, 这种基于飞秒激光制作的LPFG对液体折射率变化有较高的灵敏度, 可用于液体折射率传感测试。

为了解决氧气A吸收带被动测距中使用高光谱成像系统存在测量实时性差的问题，提出了一种氧气A吸收带平均透过率的多光谱非成像测量方法。该方法利用3个窄带滤光片分别采集目标位于氧气A吸收带及其左右带肩的辐射强度信息。选择光电倍增管作为光电转换器件，在外场条件下开展氧气A吸收带平均透过率测量实验。建立了氧气A吸收带透过率的逐线积分模型，通过对比实验测量值与模型理论值验证了该方法的可行性。对比结果表明，在测量距离为100~400 m范围内，氧气A吸收带平均透过率的测量误差在0.146%~1.576%之间，证明了该方法的可行性。

针对逐像元处理的高光谱图像实时线性约束最小方差（LCMV）检测与分类算法计算量大、运行速度慢的问题，在LCMV检测与分类算法的基础上，提出了两种逐行的实时LCMV目标检测与分类算法。首先对LCMV算法进行了因果化，提出了逐行处理的实时因果LCMV（CR-LCMV）检测与分类算法，再利用Woodbury引理，推导出了逐行处理的实时递归因果LCMV（RCR-LCMV）检测与分类算法。实验结果表明：与LCMV检测与分类算法相比，两种新型实时算法均能在不影响检测精度的情况下实时地检测目标与对目标进行分类，且所需的数据存储空间大大降低；与逐像元处理的实时LCMV算法相比，两种新型实时算法可获得几乎与之相同的检测精度，计算复杂度大大降低，实时处理能力更强，算法在运行时间上具有明显的优越性。

目标红外测距的实现同气体及其波段的选取密切相关。氧气A吸收带具有独特的谱线结构，对于火箭羽流或者高温辐射体的距离探测，氧气A吸收带是最佳的距离反演通道。通过深入研究逐线积分算法，设计了氧气A带标准光谱计算软件；利用吸收带带外数据，采用基线拟合的方法反演不同距离的带平均透射率，进而得到相应的距离。将ABB灯作为被测光源，在不同的距离下采集相应的光谱，并进行拟合计算，将实测数据的拟合计算结果同理论计算结果进行对比验证，其误差低于0.5%,在允许范围内。

大气对太赫兹辐射传输存在一定的非协作性，即存在吸收衰减。为了实现太赫兹辐射的有效应用必须细致地了解太赫兹辐射大气传输的窗口位置、宽度及大气透过率。选取了处理大气非均匀路径、吸收带重叠等大气辐射传输问题的最精确方法——逐线积分法，发展计算程序，并基于HITRAN分子谱线数据，对水汽、氧气、臭氧、氮气、二氧化碳等单组分气体分子对太赫兹辐射传输的吸收衰减情况进行了计算与分析，并给出了在太赫兹电磁波大气传输衰减中占主要因素的水汽和氧气的衰减峰位置。